Un team di ricercatori e ricercatrici del Consiglio nazionale delle ricerche, dell\u2019Universit\u00e0 di Firenze e del Laboratorio europeo di spettroscopie non lineare (Lens) ha osservato nel laboratorio di Miscele Quantistiche dell\u2019Istituto nazionale di ottica del Cnr (Cnr-Ino) il fenomeno dell\u2019instabilit\u00e0 capillare in un liquido non convenzionale: un gas quantistico ultra-diluito. Questo risultato ha importanti implicazioni per la comprensione e manipolazione di nuove forme di materia. Alla ricerca, pubblicata su Physical Review Letters<\/i>, hanno collaborato anche ricercatori delle Universit\u00e0 di Bologna, di Padova e dei Paesi Baschi (UPV\/EHU).<\/p>\n
Nella fisica dei fluidi \u00e8 noto che la tensione superficiale di un liquido, dovuta alle forze di coesione intermolecolari, tende a minimizzare la superficie di interfaccia. Questo meccanismo \u00e8 alla base di fenomeni macroscopici come la formazione delle gocce di pioggia o delle bolle di sapone. La tensione superficiale \u00e8 anche all\u2019origine del fenomeno dell\u2019instabilit\u00e0 capillare, nota anche come instabilit\u00e0 di Plateau-Rayleigh, per cui un sottile getto di liquido si rompe formando una sequenza di goccioline. L\u2019instabilit\u00e0 capillare \u00e8 un meccanismo caratteristico dei liquidi con importanti applicazioni in campo industriale, biomedico e nelle nanotecnologie.<\/p>\n
\u201cIn un gas atomico raffreddato a temperature prossime allo zero assoluto, gli atomi perdono la loro individualit\u00e0 e seguono le leggi della meccanica quantistica. In particolari condizioni questi sistemi, bench\u00e9 rimangano nella fase gassosa, si comportano come liquidi\u201d. Grazie alla capacit\u00e0 di controllare con grande precisione le interazioni fra gli atomi, i fisici sono capaci, gi\u00e0 da alcuni anni, di formare gocce quantistiche (quantum droplet) da gas ultrafreddi. Questi piccoli cluster di atomi, stabilizzati da effetti puramente quantistici, hanno propriet\u00e0 analoghe ai liquidi classici.<\/p>\n
Il team sperimentale, guidato dalla ricercatrice del Cnr-Ino Alessia Burchianti, ha studiato, mediante tecniche di imaging e manipolazione ottica, l\u2019evoluzione dinamica di una singola goccia quantistica formata a partire da una miscela ultrafredda di atomi di potassio e rubidio. La goccia rilasciata in una guida d\u2019onda, realizzata con un fascio di luce laser, si allunga formando un filamento, il quale, superata una lunghezza critica, si rompe in gocce pi\u00f9 piccole. Il numero di queste gocce secondarie \u00e8 proporzionale alla lunghezza del filamento al momento della rottura.<\/p>\n
\u201cCombinando esperimento e simulazioni numeriche \u00e8 stato possibile descrivere la dinamica di rottura di una goccia quantistica in termini di instabilit\u00e0 capillare. L’instabilit\u00e0 di Plateau\u2013Rayleigh \u00e8 un fenomeno comune nei liquidi classici e osservato anche nell’elio superfluido, ma mai finora nei gas atomici.\u201d, afferma Chiara Fort, ricercatrice dell\u2019Universit\u00e0 di Firenze che ha contribuito alla ricerca. \u201cLe misure condotte nel nostro laboratorio da un lato permettono una comprensione sempre pi\u00f9 accurata di questa peculiare fase liquida dall\u2019altro mostrano come sia possibile realizzare array di quantum droplet per future applicazioni nel campo delle tecnologie quantistiche\u201d aggiunge Luca Cavicchioli, primo autore dell\u2019articolo, e ricercatore Cnr-Ino.<\/p>\n
Questa ricerca \u00e8 stata possibile anche grazie al sostegno di tre iniziative finanziate dal Ministero dell\u2019Universit\u00e0 e della Ricerca con fondi dell\u2019Unione Europea nell\u2019ambito del programma #NextGenerationEU (PNRR \u2013 Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza): il progetto \u201cQUANTAMI\u201d – PRIN 2022, il partenariato \u201cNational Quantum Science and Technology Institute\u201d (NQSTI) e l\u2019infrastruttura \u201cIntegrated Infrastructure Initiative in Photonic and Quantum Science\u201d (IPHOQS).<\/p>\n